(57)【要約】  本発明は、内部空間を有する三次元構造体を製造する方法に関し、その方法は、（ａ）繊維強化材料のプリフォームを、当該プリフォームが支持構造体によって支持される第１の構成に配置し、（ｂ）支持構造上に配置されたときにプリフォームを選択的に硬化させて中間プリフォームを製造し、中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択硬化部分によって相互接続された少なくとも２つの選択硬化部分を含み、（ｃ）２つの選択的硬化部分を互いに対して移動させて、２つの部分が構造の内部空間を少なくとも部分的に取り囲む三次元複合構造を形成する、ステップを含む。内部空間を有する三次元構造を製造する方法において使用するための繊維強化材料の予備成形物もまた本発明の一部を形成する。本発明はまた、繊維強化複合構造体を製造するための装置および中間プリフォームに関する。【選択図】図１
2019523162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する三次元構造体を製造する方法であって、
（ａ）繊維強化材料のプリフォームを、当該プリフォームが支持構造体によって支持される第１の構成に配置し、
（ｂ）支持構造体上に配置されたときにプリフォームを選択的に硬化させて中間プリフォームを製造し、中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択硬化部分によって相互接続された少なくとも２つの選択硬化部分を含み、
（ｃ）２つの選択的硬化部分を互いに対して動かして、２つの部分が構造の内部空間を少なくとも部分的に取り囲む三次元複合構造を形成する、方法。
【請求項２】
２つ以上の選択的硬化部分があり、それぞれが非選択的硬化部分によって少なくとも１つの隣接する選択的硬化部分に接合されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記三次元構造が車体である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
選択的に硬化された部分の一方が車体の床を形成し、他方が車体の側面を形成し、他方が前部または後部を形成し、及び／又は他方が車体の屋根を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記プリフォームが概ね平坦であるときに、前記プリフォーム上に構成要素を追加するステップをさらに含む、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
構成要素をプリフォームに追加する工程が、工程（ａ）の前、工程（ｂ）の前、又は工程（ｂ）の後であるが工程（ｃ）の前に行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
完了すると三次元構造の内側に配置される構成要素が追加される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記プリフォームが、完成した後に前記三次元構造体の内側にある表面が上面となり、完成した構造体の外側面が下面となるように平らに配置される、請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記中間プリフォームが、前記構造の前記内部空間を少なくとも部分的に取り囲むように移動された後に行われるさらなる硬化ステップをさらに含む、請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記さらなる硬化工程が、前記非選択的硬化部分を完全に硬化すること、または少なくとも部分的に硬化することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記非選択的硬化部分のうちの少なくとも１つが、前記選択的硬化部分を移動させることを可能にする可撓性ヒンジを形成する、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記選択的硬化されたパネルが移動された後に実行され、前記非選択的硬化部分を硬化させるさらなるステップをさらに含む、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記プリフォームが、間隔をあけた位置に配置された異なる特性を有する材料の部分を含む、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記プリフォームが繊維材料の単一の連続シートを含む、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記構造の前記内部空間を少なくとも部分的に囲むように移動される前に、前記中間プリフォームの前記選択的硬化部分に補強部材を取り付けることをさらに含む、請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
床、１つ以上のサイドパネル、ルーフパネルとを含む車体を有する車両の製造方法であって、
前記選択的に硬化された部分が、前記１乃至１５のいずれか一項に記載の工程を適用することによって本体を形成することを含み、ステップ（ｂ）は、床、側面および屋根を含む、方法。
【請求項１７】
前記構造の前記内部空間を少なくとも部分的に囲むように移動される前に、前記中間プリフォームに前記車両の少なくとも１つの構成要素を取り付けることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
繊維強化複合構造体を製造するための装置であって、
１つまたは複数の材料のシートからプリフォームを積層することができる支持構造と、
プリフォームの少なくとも一部を選択的に硬化させて中間プリフォームを製造するように配置された選択的硬化手段とを備え、
前記中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択的硬化部分によって相互接続された複数の選択的硬化部分を含む、装置。
【請求項１９】
前記装置は、中間改質を生じさせるために前記プリフォームに熱および／または圧力を選択的に加えるように構成されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記選択的硬化手段が、前記プリフォームの少なくとも一部に熱および／または圧力を選択的に加えるために前記プリフォームと係合するように配置された一対の可動対向面を含むプレス機構を含む、請求項１８又は１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記可動面のうちの１つが、硬化前に前記レイアッププリフォームを保持するための前記支持構造を画定する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記対向面の一方または両方が、前記プリフォームを成形するように構成された型を形成する、請求項２０又は２１に記載の装置。
【請求項２３】
繊維強化複合構造体の製造に使用するための中間プリフォームであって、
前記中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択硬化部分によって相互接続された複数の選択硬化部分を含み、
前記選択的硬化部分は、複合構造を製造するあめに、第１の構成から第２の構成に移動可能である、中間プリフォーム。
【請求項２４】
請求項１乃至１５の何れか一項に記載の方法の最初の２つの工程によって製造される、請求項２３に記載の中間プリフォーム。
【請求項２５】
内部空間を有する三次元構造体を製造する方法において使用するための繊維強化材料のプリフォームであって、
少なくとも１枚の繊維材料のシートとマトリックス材料を有する第１の部分と、少なくとも１枚の繊維材料のシートとマトリックス材料を有する第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを接続する第３の部分を備え、
第３の部分は、第１および第２の部分で使用されたものとは異なる硬化特性または異なる溶融特性を有する繊維材料、及びマトリックス材料を有する、プリフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元複合体製品の製造方法に関する。本発明は特に、繊維強化複合構造体の製造方法、この繊維強化複合構造体を含む車両の製造方法、繊維強化複合構造体の製造装置、および繊維強化複合構造体の製造に使用される中間プリフォームに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
複雑な三次元構造は多くの異なる方法で作ることができ、車両のようなより大きな構造では、予め形成されたパネルを結合、溶接または他の方法で互いに固定することによって車体を製造することが標準的なやり方である。その後、本体を別のシャーシに取り付けることができる。モノコックの場合は、シャーシの機能を果たす。ボディが形成されると、配線やシートなどの車両の内部部品がボディに取り付けられる。これは困難なプロセスであり、身体の開口部を通ってアクセスすること、ならびにプロセスのいくつかのステップのために高所で作業することを必要とする。
【０００３】
同様の方法は、バス若しくは電車、又はプレハブ建築物など、他の多くの大きな複雑な構造物の製造にも適用される。
【０００４】
車体パネルは典型的には平らなシートからパネルに成形されるのに非常に適している鋼またはアルミニウムから作られている。代替として、繊維強化材料を用いて本体を製造することも知られている。この場合、いずれかのパネルが形成され、次いでそれらが一緒に結合又は接着されて本体の三次元形状を形成するか、または本体を未硬化材料から積層し三次元形状を形成して、次いで硬化する。
【０００５】
より小さな複雑な構造の場合、１つ以上のプリフォームを型の中に（または型の上に）重ね合わせることが知られている。プリフォームは、乾燥繊維シート材料から形成されてもよく、あるいは樹脂のような一定量のマトリックス物質を予め含む「プリプレグ」であってもよい。個々の繊維のシートは、必要な形状を作り上げるために型の中で層にされるか、又は一緒に織られても良い。乾燥繊維プリフォームの場合には、繊維を型内に配置した後に、マトリックス物質を適用することができる。構造体の必要な形状を型によって形成し、次に構造体を硬化させてマトリックスと繊維を一緒に硬化させる。非常に複雑な構造を製造する場合は、別々の部品を個別に成形してから接着、又は結合させても良い。
【０００６】
複合構造は、繊維で強化されたポリマーマトリックス（例えば、炭素繊維またはガラス繊維など）でできた任意の繊維強化複合材料であっても良い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様では、本発明は、内部空間を有する三次元構造を製造する方法を提供し、この方法は以下のステップを含む。
【０００８】
（ａ）維強化材料のプリフォームを、当該プリフォームが支持構造体によって支持される第１の構成に配置し、
（ｂ）支持構造上に配置されたときにプリフォームを選択的に硬化させて中間プリフォームを製造し、中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択硬化部分によって相互接続された少なくとも２つの選択硬化部分を含み、
（ｃ）２つの選択的に硬化した部分を互いに対して移動させて、２つの部分が構造の内部空間を少なくとも部分的に囲む三次元複合構造を形成する。
【０００９】
本発明は、三次元複合構造を製造するための方法を提供し、プリフォームが、二次元にあり中間プリフォームを形成するために支持構造体上に配置される第１の構成の間、選択的に硬化され、選択的硬化部分は、柔軟な非選択的硬化部分で接続される。次いで、中間プリフォームの形状は、選択的硬化部分の１つを支持体から持ち上げて、それを複合構造体の最終的に要求される三次元形状に対応する第２の構成に移動させることによって操作できる。
【００１０】
非選択的硬化部分によって少なくとも１つの隣接する選択的硬化部分にそれぞれ接合された、２つ以上の選択的硬化部分があってもよい。これにより、概して平坦で単一のプリフォームから複雑な三次元形状を形成することが可能になる。本発明の方法は、広範囲の構造体を製造するために使用することができるが、車体を製造する方法として特に有用である。例えば、選択的に硬化された部分の一方は車体の床を含み、他方は車体の側面を形成し、他方は車体の前部または後部を形成し、他方は車両の屋根を形成する。最初にそれらは支持体上に平らに配置され、そして選択的に硬化されたならば折り畳まれて三次元体を形成する。非選択的に硬化された部分は、床を少なくとも１つの側面に、そして少なくとも１つの側面を屋根に接合することができ、それらの領域における別々の接着の必要性を排除する。
【００１１】
この方法は、プリフォームが概ね平坦であるとき、すなわちステップ（ａ）の前、ステップ（ｂ）の前、またはステップ（ｂ）の後であるがステップ（ｃ）の前に、プリフォームに成分を加えるステップを含み得る。これは、いったん完成すると構造体内に配置されるであろう構成要素を追加することを含み得る。車両の場合、これは、配線室、又は座席若しくはドアカード若しくはルーフライニングを追加することを含み得るが、任意の種類の構成要素または材料であり得る。これにより、多数の構成要素、及び／又は類似または非類似の材料を完成した構造にさらに容易に組み込むことができる。
【００１２】
これはプリフォームを平坦に置くことを必要とし、上面は完成した後の三次元構造の内側にある表面であり、そして下面は完成した構造の外側面である。
【００１３】
ボディが平らなままであるときにこれらの構成要素を追加することは、三次元の最終形態にあるときにボディの内側で作業することと比較してその作業を完了することがより容易であるので有利である。
【００１４】
構成要素が追加されると、パネルは折り畳まれて三次元体を形成することができる。
【００１５】
選択的硬化プロセスは、中間プリフォームの選択的硬化部分を、まだ展性のある非選択的硬化部分と連結することによって移動可能にし得る。したがって、選択的硬化は、少なくとも２つの別々の硬化段階を設けることによって同じ材料を同時に２つの異なる状態にすることを可能にする。この方法は、従来技術に対していくつかの利点を有する。大きく複雑な構造は、いくつかの別々に硬化した部品を一緒に結合するのではなく、選択的に硬化したプリフォームを必要な最終形状に成形または再構成することによって製造することができる。したがって、プリフォームは、複合構造を形成するために操作（例えば、折り畳み）することができるネットを形成することができる。これは最終的な構造において結合されなければならない接合部の数を減らし、したがって構造の強度を改善するであろう。
【００１６】
他の利点としては、複合構造を形成するために単一のネットを使用することによる廃棄物の削減が挙げられる。さらに、互いに接合しなければならない多数の別々に硬化した部品を製造する必要がないので、製造時間および工程の複雑さが低減され得る。それ故、サイクル時間は、別々のパネル接合操作を除去することによって短縮される。さらに、第１の構成にある間、（車両のシャーシまたは車体など）最終的に複雑な構造の内部に配置されるものは、第２の構成にあるときと比較してより容易にアクセスされ得る。また、追加の構成要素が中間プリフォーム段階でより容易に複合構造に追加または設置されるときにさらなる利点が生じる。従来技術の方法は、明確な第１および第２の構成を提供せず、したがって、アクセスが制限されるか、またはより困難になる第２の構成にあるときに、すべての構成要素を設置しなければならない。
【００１７】
方法は、中間プリフォームが第２の構成に移動された後に行われるさらなる硬化ステップを含み得る。さらなる硬化工程は、非選択的硬化部分を完全に硬化すること、または少なくとも部分的に硬化することを含み得る。これにより、中間プリフォームを第２の構成で完全に硬化させて最終複合構造を形成することが可能になる。これにより、最終構造の強度が向上する可能性がある。いくつかの実施形態において、このさらなる硬化工程は存在しなくてもよい。そのような実施形態では、非選択的硬化部分は、未硬化のままにされ得るか、または部分的にのみ硬化され得る。他の実施形態では、それらは周囲条件で自然に硬化するために放置されてもよい。
【００１８】
非選択的硬化部分のうちの少なくとも１つは、選択的硬化部分を移動可能にする可撓性ヒンジを画定し得る。
【００１９】
方法は、選択的に硬化されたパネルが移動された後に実行され、非選択的に硬化された部分を硬化させるさらなるステップを含み得る。これはさらなる移動を防ぎ、最終的な三次元形状を維持するのを助け、そして構造の最終強度を改善することができる。
【００２０】
プリフォームを選択的に硬化させる工程は、非選択的硬化部分と比較して、選択的硬化部分をより大きな程度まで硬化させることを含み得る。これにより、非選択的硬化部分を可撓性または展性のままにして、中間プリフォームを第１の構成から第２の構成に移動させることができる。他の実施形態では、選択的硬化部分と非選択的硬化部分の両方が部分的に硬化するが、異なる量までである。したがって、この方法は、形状を変化させることを可能にするために未硬化複合積層体の展性を利用する。
【００２１】
硬化は、熱、マイクロ波エネルギー、紫外線、および圧力のうちの１つまたは複数が、選択的に硬化されているが適用されていない部分（又は十分な量が適用されていない部分）、又は選択的に硬化されていない部分に適用できる。あるいは、プリフォームは、材料の適切な選択によって、選択的に硬化されるべき部分ではより速い速度で、他の部分ではより遅い速度で自然に硬化するように配置することができる。いずれの場合も、ある部分が他の部分より硬化しており、したがって移動するのに十分に硬いが、他の部分はそれほど硬化しておらず、曲げたり折り曲げたりするのに十分に柔軟である時点がある。
【００２２】
プリフォームを選択的に硬化させるステップは、非選択的硬化部分を未硬化のままにするか、または少なくとも部分的にのみ硬化させながら、選択的硬化部分を完全に硬化させることを含むことができる。プリフォームを選択的に硬化させる工程は、非選択的硬化部分を未硬化のままにしながら、選択的硬化部分を少なくとも部分的に硬化させることを含むことができる。これにより、選択的に硬化した部分と比較して、異なる程度の硬化を非選択的に硬化した部分に施すことが可能になる。
【００２３】
プリフォームを選択的に硬化させる工程は、選択的に硬化された部分を形成するが他の部分には形成しないプリフォームの部分に選択的に熱または圧力または両方を加えることを含む。熱、及び／又は圧力を選択的に加えることによって、プリフォームの特定の領域を硬化させることができ、一方プリフォームの他の部分は完全に未硬化のままにするか、または少なくとも部分的にのみ硬化させて可撓性を保つことができる。これにより、別々のまたは異なる選択的硬化部分および非選択的硬化部分を形成することが可能になる。熱、及び／又は圧力はまた、プリフォームを強化するのに役立ち得る。
【００２４】
プリフォームは、第１の構成にあるとき、実質的に平面であり得る。そして、中間プリフォームは、第２の構成にあるとき、より三次元の形状に折り畳まれてもよい。第１の構成では、中間体の平らなまたは平面の形状が容易なアクセスを可能にする。例えば、最終的な複合構造の内部を最終的に形成することになる中間プリフォームの部分は、開放型または平面型の第１構成にあるときにより容易に到達することができる。これにより、追加の構成要素をより容易に取り付けることができ、またはコーティングなどをより容易に複合構造体に施すことができる。これは、別個の第１および第２の構成が設けられていない従来技術の方法よりも有利であり、複合構造は単に所望の最終形状に成形される。
【００２５】
プリフォームはネットを含むことができ、そこから複合構造の全体（または一部）を形成することができる。任意であるが、ネットは、製造されている複合構造の三次元形状に対応する二次元パターンを形成する。これは、三次元複合構造全体を、単一の二次元ネットを折り畳むことによって形成できることを意味する。
【００２６】
プリフォームは、ネットにわたって間隔をあけた位置に配置された異なる特性を有する材料の部分を含むことができる。例えば、より高い強度の材料の一部は完成品において高い強度が必要とされる領域に塗布され、より低い強度の材料の一部はより低い強度が必要とされる他の領域に塗布されてもよい。
【００２７】
プリフォームは、単一の連続した繊維材料のシートを含むことができる（すなわち、一緒に接合された複数の繊維のシート、または互いに接着された別々に硬化された構成要素を含まない）。これにより、製造されている最終複合構造体の強度が向上する可能性がある。これは、大きな複雑な型を充填するために繊維材料の複数の部分を組み合わせることができる、または別々の構成要素を硬化させて接着または溶接する従来技術の方法よりも有利である。
【００２８】
方法は、中間プリフォームが第２の構成に移動される前に、中間プリフォームの選択的に硬化された部分に補強部材を嵌合または設置することを含み得る。これは最終的な複合構造にさらなる強度を提供し得る。補強部材は、中間プリフォームが第１の構成にあり、アクセスがより容易である間に取り付けられてもよい。適用することができる補強部材の例は、Ａピラーの車両のＢピラーを形成する金属要素である。選択的に硬化する工程は、これらの要素をプリフォームに結合することができる。
【００２９】
工程（ａ）において、選択的硬化部分と選択的未硬化部分の両方にわたってプリフォームを横切って連続的に延びる繊維材料のシートを含むプリフォームが提供されることが好ましい。これは、繊維がヒンジを横切って隣接部分に入るときに完成構造体に大きな強度を与え、引張力がヒンジを横切って運ばれることを可能にし、その結果、ヒンジは、多くの従来技術の構造の場合のように潜在的な弱点にならない別々のパネルは一緒に固定される。
【００３０】
本発明の別の態様による代替例では、方法は、剛性である第１の構成でプリフォームを提供すること、およびステップｂ）でプリフォームを硬化させて硬化部分および選択的未硬化部分を提供することを含んでも良く、ステップ（ｂ）は、プリフォームに熱を加えて少なくとも１つの領域を少なくとも部分的に溶融させて２つの未溶融部分を接続する可撓性ヒンジを形成し、その後ステップ（ｃ）において２つの未溶融部分を互いに対して移動させて２つの部分が構造の内部空間を少なくとも部分的に囲む三次元複合構造を形成するステップを含み得る。
【００３１】
２つの未溶融部分を移動させた後、ヒンジは固化のために残されてもよい。
【００３２】
ヒンジ部分の溶融を容易にするために、プリフォームにヒンジ部分を覆う少なくとも１つの加熱要素を設けて、加熱要素に電流を通すことによってステップ（ｂ）を達成できるようにすることができる。
【００３３】
ヒンジ要素はプリフォームの表面に固定されてもよく、またはプリフォーム内に埋め込まれてもよい。それは抵抗加熱ワイヤを含むことができる。
【００３４】
実用的な構成では、プリフォームは複数のヒンジ部分を画定してもよく、各ヒンジ部分は加熱要素を備えてもよい。加熱素子は、電気回路を形成するために直列または並列に一緒に接続されてもよい。
【００３５】
剛体は概ね平坦であってもよい。剛体であれば、自身の形状を保持できるので、第１の構成で支持体を必要としないかもしれない。しかしながら、それが平らであるかまたは実質的に平らであり、第１の構成において支持面上に配置されることが好ましい。
【００３６】
硬化されるべき可撓性プリフォームではなく剛性プリフォームを使用する代替方法は、状況によっては有益であり得る。例えば、硬い平らなプリフォームは、かさばる一方で、未硬化のプリフォームと比較して輸送が容易であり得る。プリフォームは硬質で硬化しようとしないので、未硬化材料が経時的に硬化し始める危険性はない。不利な点は、それが柔軟なプリフォームの提供と比較してかさばり、そして最終的な構造を構築するのに必要とされるエネルギーがより多いことである。最初は、硬質プリフォームを製造するためにエネルギーが必要であり、次にヒンジ部分を溶融するためにさらにエネルギーが必要である。
【００３７】
第２の態様では、本発明は、床、１つまたは複数のサイドパネル、およびルーフパネルを有する本体を備える車両の製造方法を提供し、方法は、第１の態様を適用することによりボディを形成し、ステップ（ｂ）の選択的硬化部分は床、側面および屋根である。
【００３８】
車両を製造する方法は、第２の構成に移動する前に、すなわち車体、側面、および屋根が平らに配置されるときに、車両の少なくとも１つの構成要素を中間プリフォームに取り付けることをさらに含むことができる。
【００３９】
第３の態様において、本発明は、繊維強化複合構造体の製造のための装置を提供し、該装置は、プリフォームが１枚または複数枚の材料のシートから積層され得る支持構造と、プリフォームの少なくとも一部を選択的に硬化させて中間プリフォームを製造する。中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択的硬化部分によって相互接続された複数の選択的硬化部分を含む。
【００４０】
装置は、中間改質を生成するためにプリフォームに熱、及び／又は圧力を選択的に加えることができる。選択的硬化手段は、プリフォームの少なくとも一部に熱、及び／又は圧力を選択的に加えるためにプリフォームと係合するように配置された一対の可動対向面を含むプレス機構を含むことができる。これにより、プリフォームに選択的に熱と圧力を加える迅速で効率的な方法が提供される。可動面のうちの１つは、硬化前にレイアッププリフォームを保持するための支持構造を画定することができる。
【００４１】
対向面の一方または両方は、プリフォームを成形するように配置された型を形成する。これにより、選択硬化部の形状を規定することができる。
【００４２】
選択的硬化手段は、選択的に硬化されるべき接触領域にプリフォームの表面に個別に適用されるように適合された１つ以上の加熱プラテンを含み得る。選択硬化手段は、エネルギーを放射（例えば、熱、紫外線、またはマイクロ波放射）、対流、誘導またはプリフォームの特定の部分への伝導の形態で選択的に向けるように構成された選択的エネルギー送達手段を含み得る。
【００４３】
第４の態様では、本発明は、繊維強化複合構造体の製造に使用するための中間プリフォームを提供し、中間プリフォームは、少なくとも１つの非選択硬化部分によって相互接続された複数の選択硬化部分を含み、選択的硬化部分は、複合構造体を製造するために、第１の構成から第２の構成へ移動可能である。
【００４４】
中間プリフォームは、上述した第１の態様の方法の最初の２つの工程によって製造することができる。他の実施形態では、中間プリフォームは他の適切な方法を使用して製造することができる。中間プリフォームは、所望の複合構造を製造するために第２の構成に折り畳まれてもよい。複合構造を第２の構成に移動させる最終工程は、別個の製造工程の一部として行われてもよい。いくつかの実施形態では、中間プリフォームは、第２の構成に移動する前に保管または異なる場所に輸送することができる。中間プリフォームは、最終的な複合構造よりも少ないスペースを占め得るので、保管および輸送がより容易であり得る。
【００４５】
さらなる態様において、本発明は、内部空間を有する三次元構造を製造する方法において使用するための繊維強化材料のプリフォームを提供し、プリフォームは、少なくとも１枚の繊維材料のシートとマトリックス材料を有する第１の部分と、少なくとも１枚の繊維材料のシートとマトリックス材料を有する第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを接続する第３の部分を備え、第３の部分は、第１および第２の部分で使用されたものとは異なる硬化特性または異なる溶融特性を有する繊維材料、及びマトリックス材料を有する。
【００４６】
第１および第２の部分は、本発明の一態様の方法に従って使用する際に、中間プリフォームの選択的硬化部分を形成することができ、第３の部分は非選択的硬化部分を形成することができる。代替として、それらは、溶融または部分溶融ヒンジ部分によって接続された２つの剛性部分を画定する。
【００４７】
プリフォームの各部分は、繊維材料の複数の層を含み得る。
【００４８】
マトリックス材料は、未硬化または部分硬化熱硬化性材料を含み得る。
【００４９】
マトリックス材料は硬質熱可塑性材料を含み得る。
【００５０】
マトリックス材料はエポキシ、ビニルエステルまたはポリエステル熱硬化性プラスチックを含み得る。
【００５１】
第３の部分のマトリックス材料は、第１および第２の部分と比較してより高い硬化温度を有してもよく、第１および第２の部分と同じ温度にさらされるとより遅い硬化速度を有してもよく、又は第１および第２の部分の樹脂マトリックス材料と比較して低い硬化速度、及び高い硬化温度を有しても良い。
【００５２】
第３部分のマトリックス材料は、第１部分および第２部分と比較してより低い溶融温度を有し得る。
【００５３】
繊維材料のシートは、細長い織物繊維のシートを含み得る。細長い繊維は、例えば、炭素、ガラス、アラミド、または当技術分野において公知の任意の他の適切な強化繊維であり得る。
【００５４】
各部分のシートは、少なくとも１枚の未硬化樹脂シートで覆われた乾燥繊維シートであり得る。乾式繊維により、当業者は、我々がいかなる樹脂マトリックス材料も含浸されていないシートを意味することが分かる。
【００５５】
あるいは、各部分のシートは樹脂マトリックス材料で予め含浸されてもよい。
【００５６】
乾燥シートとプリプレグシートの組み合わせを提供してもよい。
【００５７】
プリフォームは、第１の部分を横切って連続的に延び、第３の部分を横切って延び、さらに第２の部分を横切ってさらに延びる少なくとも１枚の乾燥繊維材料のシートを含み得る。層状に積み重ねられたそのようなシートが複数あってもよい。
【００５８】
第３の部分を横切って延びるシートの使用は、使用中にヒンジ部分を形成するものを横切って繊維が延び、両側の部分によって固定されるので、大きな強度を提供する。
【００５９】
第３部分は、層状に配置された複数の繊維シートを含むことができ、第１部分との界面および第２部分との界面におけるいくつかのシートの端部は、層を通して他のシートの端部からずれる。シートは、第１および第２の部分のシートの対応する縁部領域と交互に配置されている。
【００６０】
第１部分および第２部分のシートと第３部分のシートとのこの交互配置は、第１部分および第２部分が中間プリフォームを形成するための初期硬化に続いてシートがマトリックス材料で予め含浸される場合に特に適している。未硬化または部分的に硬化された第三部分の端に。シートがドライシートである場合、第３部分に使用される樹脂マトリックスの層は、第１部分および第２部分に使用される層とは異なる特性を有してもよい。
【００６１】
プリフォームは、製造される物品の三次元形状を形成するために折り畳まれまたは形作られ得る二次元ネットを含み得る。
【００６２】
プリフォームは、三次元物品を形成するように動かされたときにプリフォームの他の部分と重なるように折り畳まれ得る１つ以上のタブを含み得る。プリフォームは、複雑な三次元形状を作り出すことを可能にする複数のヒンジを画定するために、複数の第１の部分、または第２の部分および第３の部分を含むことができる。
【００６３】
第６の態様では、本発明は、内部空間を有する三次元構造体を製造する方法を提供し、その方法は、（ａ）繊維強化材料のプリフォームを支持構造体で支持された第１の構成に配置し、プリフォームは、第１の速度で硬化する第１の材料と、前記第１の速度より遅い第２の速度で硬化する第２の材料とを含み、（ｂ）第１の材料を硬化させて中間プリフォームを製造し、（ｃ）２つの材料が構造の内部空間を少なくとも部分的に囲むように、第２の材料に対して第１の材料を移動させ、（ｄ）第二の材料を硬化させる工程を含む。
【００６４】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、一例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態による繊維強化複合構造体の製造方法を示す図である。
【図２ａ】図１に示す方法によるプリフォームを示す図である。
【図２ｂ】支持構造体が見えるように、図２ａのプリフォームを側面から見た図である。
【図３】図１に示す方法による第１の構成の中間プリフォームを示す図である。
【図４】複合構造を形成するために第２の構成に移動した図３の中間プリフォームを示す図である。
【図５】図５は、任意のさらなる硬化工程が適用された後の複合構造を示す。
【図６】開放頂部ボックス構造を形成することができる、硬化前の本発明の態様によるプリフォームの実施形態を示す図である。
【図７】プリフォームを形成する繊維材料の乾燥シートと樹脂フィルムとの交互層の配置を示す図である。
【図８】繊維、及び樹脂マトリックス材料の予備含浸シートを使用する代替の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本発明は、繊維強化複合構造体の製造方法に関する。以下の例では、自動車の車体を作る方法を説明する。
【００６７】
繊維強化複合構造体は、繊維材料で強化されたポリマーマトリックスからなる任意の繊維強化材料である。繊維材料は、例えば、炭素、ガラス、アラミド、又は当技術分野において公知の任意の他の適切な強化繊維である。ポリマーマトリックスは、エポキシ、ビニルエステル、又はポリエステル熱硬化性プラスチックなどの、複合材料の形状を設定するために使用することができる任意の適切な材料である。繊維強化複合構造体は、例えば、自動車、航空宇宙、又は建設産業での使用に適した炭素繊維、又はガラス繊維材料である。説明される実施形態では、本発明の方法を使用して、自動車のシャーシ、又は車体などの車両用の構造部品を製造することができる。しかしながら、本発明はこの例に限定されない。他の実施形態では、繊維強化複合構造体は、当業者には明らかなように、任意の他の目的のためのものであり得る。
【００６８】
本発明の一実施形態による繊維強化複合構造体を製造する方法１００を図１に示す。方法１００は、概して以下のステップを含む：プリフォームを第１の構成に配置するステップ１０２；プリフォームを選択的に硬化させ１０４、中間プリフォームを製造し；中間プリフォームを第１の構成と第２の構成との間で移動させて１０６、複合構造を形成する。
【００６９】
「選択的に硬化させる」とは、プリフォームの一部が別の「非選択的に硬化される」部分よりも速い速度で硬化することを意味する。そうすることで、選択的硬化部分は、少なくとも選択的硬化ステップ１０４の直後に、非選択的硬化部分よりも高い剛性を有することができる。「選択的に硬化させる」という用語は、熱、及び／又は圧力を選択的に加えることによってプリフォームの一部をより速い速度で硬化させることを含む。「選択的に硬化させる」とは、プリフォームを異なる速度で「強制的に」硬化させるだけでなく、周囲条件において異なる速度でプリフォームを自然に硬化させることも含むと理解されるべきである。そのような実施形態では、プリフォームは、第１の速度で硬化する第１の材料と、第１の速度より遅い第２の速度で硬化する第２の材料とを含む。次に「選択硬化」は、「非選択硬化」部分が「非選択硬化」部分と比較してより大きな程度で硬化するように、プリフォームを周囲条件で特定の期間硬化させることを含むことができる。
【００７０】
プリフォーム２０２を第１の構成に配置する第１のステップ１０２が図２ａに概略的に示されている。プリフォーム２０２は、製造されている最終複合構造体の所望の形状（または所望の形状の少なくとも一部）を提供するために折り畳まれ、または他の方法で操作され得るネットを形成するように形作られる。したがって、ネットは、それから最終的な三次元複合構造が形成される二次元パターンに対応する。したがって、いくつかの実施形態では、ネットは、後で追加される追加のパネル、又はセクションを伴うことなく、所望の複合構造のすべての部分を提供することができる（たとえばネットは最終複合構造の全体に対応する）。図２ａから分かるように、第１の構成はネットの開放（または展開）構成、すなわち複合構造の所望の形状に折り畳まれる前に対応する（後述する第２の構成に対応する）。いくつかの実施形態では、プリフォームによって提供されるネットは、所望の複合部品の全体に対応しないことがある。そのような実施形態では、追加の成分を加えて最終の所望の複合構造を製造することができる。選択的硬化ステップ１０４の前、及びその間に、第１の構成でプリフォームを支持するために支持手段または金型を設けることができる。
【００７１】
プリフォーム２０２を第１の構成に配置することは、当該技術分野で(例えばプリフォームを「堆積」させるとして）知られているように、プリフォームを切断すること、及び／又はプリフォームを型、若しくはマンドレルの中若しくは上に配置することによって成形することを含む。プリフォーム２０２は、硬化したときに構造を硬化させるために、後で（例えば金型内に一度）マトリックス材料（例えば樹脂）が添加される任意の適切な乾式繊維材料とすることができる。他の実施形態では、プリフォーム２０２は、ある量のマトリックス樹脂をすでに含有していてもよい（すなわち、それは「プリプレグ」プリフォームであってもよい）。いくつかの実施形態において、プリフォーム２０２は、（後述するように）繊維材料の単一の連続シートを含み得る。他の実施形態では、プリフォーム２０２は、型に積み重ねられたときに積み重ねられ、縫い合わされ、織られ、または他の方法で組み合わされ得る１つまたは複数のセクションまたは層を含み得る。本発明は、熱硬化性材料と熱可塑性材料の両方に関するものであり得る。また、複合構造体は、後述するように、補強構造でも非補強構造でもよい。
【００７２】
説明される実施形態では、最終複合構造体は、車両（例えば、自動車または航空機）の車体またはシャーシを形成する構成要素である。この実施形態では、第１の構成は、図２ａに概略的に見られるように、本体のサイドパネル、隔壁、床などが概ね平らな、又は広げられた構成に展開される構成に対応する。他の実施形態では、複合構造は図に示す形状に限定されず、他の任意の形状の複合構造でもよい。
【００７３】
プリフォーム２０２が第１の構成に配置されると、方法１００は、プリフォーム２０２を選択的に硬化させ１０４、図３に示されるように中間プリフォーム２０４を製造するステップへ進められる。選択的硬化工程１０４は、得られる中間プリフォーム２０４が少なくとも１つの非選択的硬化部分によって相互接続された複数の選択的硬化部分２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄ、２０６ｅ、２０６ｆ（そのうちの５つが図３に２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄ、２０８ｅとして示されている）を含むようにプリフォーム２０２の特定部分のみを硬化させることを含む。選択的硬化プロセス１０４の間、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆは、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅと比較してより大きな程度または程度まで硬化され得る。例えば、選択的硬化工程１０４は、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅを未硬化のままにするか、又は少なくとも部分的にのみ硬化させながら、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆを完全に硬化させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、非選択硬化部分２０８ａ〜２０８ｅを未硬化のままにしながら、選択硬化部分２０６ａ〜２０６ｆを少なくとも部分的に硬化させることができる。他の実施形態では、選択的硬化部分と非選択的硬化部分の両方が、選択的硬化工程によって両方とも部分的に硬化されてもよい。選択的に硬化された部分および非選択的に硬化された部分は、プリフォームのそれぞれの部分の厚さにわたって延在して、可撓性部分によって分離された剛性部分を形成することができる。他の実施形態では、それらはプリフォームの異なる層によって形成されてもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、プリフォームの特定の領域に硬化を隔離するために行われるステップにもかかわらず、選択的硬化部分に加えられる熱、及び／又は圧力が非選択的硬化部分に広がる可能性がある。これは、非選択的に硬化された部分においてプリフォームの何らかの不注意による硬化を招く可能性がある。この効果は、プリフォームの必要な選択的硬化をもたらすように管理することができる。
【００７５】
選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆは、図３に概略的に示すように、製造される車体またはシャーシの床、側面パネルおよび隔壁を含むプリフォームの領域に対応し得る。他の実施形態では、車両のシャーシまたは本体のより多いまたはより少ない構成要素が、選択的に硬化された部分によって提供されてもよい。いくつかの実施形態では、他のパネルを追加することなく、車両のシャーシ全体がプリフォームによって提供される。非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、最終複合構造体のこれらの部分を連結するプリフォーム２０２の領域に対応してもよい。非選択的硬化部分は、最終複合構造の角部、及び／又は縁部を含み得る。したがって、非選択硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、図３の斜線領域によって示されるように、選択硬化部分２０６ａ〜２０６ｆ間の相互接続境界を画定することができる。このようにして、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆを非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅによって相互接続することによって、図４に示されるように、最終的な複合構造に折り畳むことができるヒンジ付きネットが形成される。
【００７６】
説明される実施形態では、プリフォーム２０２は、当技術分野で知られているように熱及び／又は圧力を加えることによって硬化させることができる。加えられる熱、及び／又は圧力のレベルは、使用される繊維またはマトリックス材料の種類、あるいはプリフォームの形状および厚さに合わせて調整することができる。したがって、プリフォーム２０２を選択的に硬化させるステップ１０４は、プリフォーム２０２の特定の部分、又は領域だけに選択的に熱、圧力、又は両方を加えることを含むことができる。他の実施形態では、プリフォーム２０２を選択的に硬化させるために、より大きな量の圧力または熱をプリフォーム２０２の特定の部分に加えることができる。これは、プリフォーム２０２を成形するために使用される金型（又はマンドレル）の特定の部分に熱、及び／又は圧力を加えることによって行うことができる。他の実施形態では、熱、及び／又は圧力をプリフォーム２０２に直接加えることができる。プリフォーム２０２は、例えば、（後述するように）プリフォーム２０２の一部のみに熱および圧力を加えるように構成された加熱プレス内で選択的に硬化させることができる。他の実施形態では、１つ又は複数の加熱プラテンを選択的に硬化させるべきプリフォームの領域と接触させることができる。他の実施形態では、代替の選択的硬化技術を使用してプリフォームに熱、及び／又は圧力を選択的に加えることができる。例えば、エネルギーは、放射、対流、誘導、又は伝導として適用され得る。いくつかの実施形態では、放射熱、紫外線放射、又はマイクロ波エネルギーを選択的に硬化させる領域に選択的に加えることができる。そのような実施形態では、非選択的に硬化された部分は、それらが放射熱／紫外線／マイクロ波エネルギーを受けない（または受ける量が少ない）ようにマスキングすることができる。いくつかの実施形態では、プリフォームに圧力を加えるために、プレス機ではなく真空または膨張式ブラダーを使用することができる。
【００７７】
一旦選択的に硬化されると、得られる中間プリフォーム２０４の選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆは、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅと比較してより大きな剛性を有し得る。非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆと比較してより大きな可撓性を有し得る。したがって、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、選択的硬化ステップ１０４の後に展性を維持し得る一方で、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆは、比較的堅くかつ硬くなり得る。これにより、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆが型、又はマンドレルによって画定されるようにそれらの形状を保持することが可能になり、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅがヒンジとして機能して中間プリフォーム２０４の形状を操作することが可能になる。これにより、最終複合構造体を２つの別々の段階（選択的硬化段階１０４の前後）で成形することが可能になる。これは、複合構造を完全に硬化させるために単一の成形工程または成形工程を行った後に単一の硬化工程を行う従来技術の方法とは対照的である。
【００７８】
選択硬化ステップ１０４が完了すると、方法１００は、中間プリフォーム２０４を第１の構成（図３に示す）と第２の構成（図４に示す）との間で移動させることを含む。いくつかの実施形態では、中間成形品２０４は、最初に、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆを成形するために使用される金型から取り外されるか、又は離型されてもよい。中間プリフォーム２０４は、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆを互いに対して移動させることによって第２の構成に移動される。これにより、中間プリフォーム２０４の形状は、図４に見られるように製造されている最終複合構造の所望の形状に変化する。
【００７９】
非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、第１の構成と第２の構成との間の動きを制御するように配置されている。プリフォームを選択的に硬化させることによって、非選択的に硬化された部分２０８ａ〜２０８ｅを未硬化のまま（又は部分的にのみ硬化）させて、後で第１の構成と第２の構成との間の制御された動きを可能にする。
【００８０】
いくつかの実施形態では、第１の構成から第２の構成への移動は、非選択的に硬化された部分２０８ａ〜２０８ｅを変形させることによって制御することができる。この変形は、選択的に硬化された部分２０６ａ〜２０６ｆが互いに対して動かされるようなものであり得る。変形は、いくつかの実施形態では、１つ以上の非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅを折り曲げることを含んでもよい。したがって、未だ展性を有する、又は非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆが互いに折り曲げられ、又はヒンジ結合されるのを可能にし、この動きはこのヒンジによって制御される。したがって非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、再構成可能な構造を作り出すために、選択的硬化部分をヒンジ動作可能に結合するヒンジ手段（又はヒンジ部分）を形成する。ヒンジ部分は、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆの間の境界または接合部に沿って延びることができる。説明される実施形態では、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは、車体のサイドパネル、フロア、ピラー、及び車両のシャーシ、又はボディの隔壁の間に延びるヒンジ部分を含む。
【００８１】
非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅの形状及び位置は、製造される複合構造の最終形状を決定し得る。例えば、中間プリフォームの変形（又は折り曲げ）は、非選択的に硬化した部分に沿って優先的に起こり、したがって、中間プリフォームに形成された折り目の位置を案内するように作用する。
【００８２】
いくつかの実施形態において、プリフォーム２０２（及び結果として得られる中間プリフォーム２０４）は、第１の構成にあるとき、実質的に平坦または平面であり、中間プリフォーム２０４は、折り曲げられて第２の構成を形成する。第１の構成のこの最初の平らな配置は、最終複合構造の内部になるであろう領域へのより大きなアクセスを可能にする。これにより、例えば、中間プリフォーム２０４が第１の構成にある間に追加の構成要素、又はシステムを取り付け、又は設置することができ、第２の構成にあるときよりもアクセスが容易になる。これは、複合構造体がその最終形状にあるときにさらなる構成要素を嵌合または設置しなければならない従来技術の方法と比較した場合、複雑な製品（例えば、自動車又は航空機など）の製造を容易にする。他の実施形態では、第１の構成は、複合構造を形成するネットの他の折り畳まれていない構成とすることができ、必ずしも実質的に平面又は平坦である必要はない。
【００８３】
いくつかの実施形態では、方法１００は、プリフォームが第２の構成に移動されて複合構造を製造したら終了してもよい。このような実施形態では、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅは未硬化のままにされるか、又は少なくとも部分的にのみ硬化されたままにされる。構造内の残りの接合部（例えば、非選択的硬化部分によって接合されていない接合部）は、必要に応じて接着又は接合することができる。いくつかの実施形態において、中間プリフォームは、自然に（例えば、周囲環境で）完全に硬化するように残されてもよい。
【００８４】
他の実施形態では、中間プリフォーム２０４が第２の構成に移動されると、方法１００を１つ又は複数のさらなる硬化ステップに進めても良い。さらなる硬化工程は、図５に示すように、中間プリフォームを完全に硬化させて最終複合構造２１０を形成することを含む。更なる硬化工程は、中間プリフォーム２０４が第２の構成にある間に実行されてもよい。第２の硬化ステップ１０８が実行されている間、中間プリフォーム２０４の形状を保持するために型又は治具が提供されてもよく、それにより、さらなる形状の変化は起こり得ない。いくつかの実施形態において、さらなる硬化工程は、中間プリフォーム２０４を完全に硬化させて、硬化した最終複合構造体を形成し得る。さらなる硬化ステップは、既に選択的に硬化された部分２０６ａ〜２０６ｆと比較して、非選択的に硬化された部分２０８ａ〜２０８ｅをより多く硬化させることができ、選択的硬化ステップ１０４と同じ又は類似の技術を用いて実行され得る。いくつかの実施形態では、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅにさらなる熱、及び／又は圧力を加えて、それらが未硬化（又は部分的にのみ硬化）から完全硬化になるようにしてもよい。他の実施形態では、選択的硬化部分２０６ａ〜２０６ｆが部分的に硬化されてから完全に硬化されるように（又はすでに硬化していない場合はさらなる硬化を行わずに単に加熱される）、複合構造体全体に熱、及び／又は圧力を加えてもよい。一方、非選択的硬化部分２０８ａ〜２０８ｅもまた完全に硬化される。さらなる硬化ステップ１０８が完了すると、構造内の残りの任意の接合部は、まだ行われていない場合、必要に応じて互いに接着または接合することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態において、方法１００は、中間プリフォームが第２の構成に移動される前に、中間プリフォームの選択的に硬化された部分に１つ以上の補強部材を嵌合又は設置することをさらに含み得る。補強部材は、金属補強部材などのような追加の構造部品を含むことができる。これは最終的な複合構造にさらなる強度を提供し得る。中間プリフォームが第１の構成にあり、アクセスがより容易である間に補強部材を取り付けることができる。それらは、例えばプリフォームを堆積する過程の間に取り付けられてもよい。補強部材は、他の方法では方法１００の任意の他の段階で取り付けられてもよい。
【００８６】
方法１００は、選択的硬化ステップ１０４が実行された後に複合材の形状を操作することができる二段階製造プロセスを提供する。これにより、中間プリフォーム２０４を平らで開いた位置に成形し、選択的に硬化させることができる。このようにして中間プリフォーム２０４はネットを形成することができ、そこから中間プリフォーム２０４を折り畳むことによってより大きな複雑な形状を作り出すことができる。そうでなければ、このような複雑な形状の構造は、互いに結合されている複数の個別に成形され硬化された部品から製造されなければならない。したがって、本発明の方法を使用して製造された複合構造中の接合部の数は、個々の構成要素から製造された構造と比較して少なくてもよい。これにより、複合構造の強度および剛性が向上する可能性がある。さらに、多数の構成部品を製造する必要性を減らすことができるので、製造時間を短縮することができ、製造工程を単純化することができる。複合構造体の製造は、生産および組立の要求により一層効率的に合わせることができる。これにより、個々に成形および硬化された車体側面、フロアピラーならびに前後の隔壁を単一の部品と交換することによって部品表および部品点数を削減することができる。いくつかの実施形態において、プリフォームは単一の連続材料（または連続繊維材料の複数の層）を含み得る。これは最終的な複合構造の強度を向上させる。これにより、より大型でより複雑な形状を単一のプリフォームから成形することが可能になる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、方法１００のステップは別々に実行されてもよい。それらは２つの異なる製造工程の一部として実施することができる。いくつかの実施形態では、方法１００を使用して製造された中間プリフォームは、第２の構成への移動を別々に実行しながら、出力として提供されてもよい。例えば、中間プリフォーム２０４は、複合構造製造業者によって第三者に提供されて、車両などに組み立てられ得る。中間プリフォーム２０４は、輸送がより容易である第１の構成（例えば、平面の第１の構成もまた容易な輸送および保管を容易にし得る）にある間に輸送され得る。次いで、中間プリフォーム２０４は、車両の組み立て中に第２の構成に移動されてもよく、必要に応じて任意の追加の接合、及びさらなる硬化ステップが適用されてもよい。これは、完全に硬化した複合構造体が既に硬化した状態で第２の構成に供給されるであろう先行技術の方法を用いては不可能であろう。このような構造は、本発明の中間プリフォーム２０４と比較して、保管および輸送がより困難で非効率的である。
【００８８】
本発明はまた、繊維強化複合構造体を製造するための装置を提供することもできる。装置は、プリフォームの少なくとも一部に選択的に熱、及び／又は圧力を加えて中間プリフォームを製造するように構成された選択的硬化手段を含むことができる。結果として生じる中間プリフォームは、上述のように少なくとも１つの非選択的硬化部分によって相互接続された複数の選択的硬化部分を含むことができる。いくつかの実施形態では、選択硬化手段は、一対の可動対向面を含むプレス機構を含むことができる。プリフォームに圧力を加えるために、対向する表面をプレスのようにして互いに押し付けることができる。
【００８９】
プレス機構の対向面は、プリフォームの少なくとも一部に熱、及び／又は圧力を選択的に加えるためにプリフォームと係合するように構成されてもよい。これは、プリフォームに加えられた熱が選択的に硬化した部分に集中するように、対向する表面の一部のみを加熱することによって達成することができる。他の実施形態では、対向する表面は、プリフォームのそれらの部分のみに圧力を加えることを局所化するために選択的に硬化された部分と係合するように配置された隆起部分を含み得る。対応する凹部は、対向する表面が非選択的に硬化された部分においてプリフォームと接触しないように設けられてもよい。いくつかの実施形態において、対向面の一方または両方は、プリフォームを成形するように配置された型を形成し得る。そのような実施形態では、対向する表面は、中間プリフォームを所望の形状に成形するように適合された型の２つの半体を形成することができる。例えば、対向する表面は、中間プリフォームを成形して、シャーシの車体のサイドパネル、隔壁、及びフロアパネルを作り出すことができる。
【００９０】
他の実施形態では、選択的硬化手段は異なる形態をとることができ、例えば、選択的に硬化させるべきプリフォームの領域に接触するように配置された別々に塗布された加熱プラテンを含むことができる。他の実施形態では、選択硬化手段は、エネルギーを放射（例えば、熱、紫外線、またはマイクロ波放射）、対流、誘導またはプリフォームの特定の部分への伝導の形態で選択的に向けるように構成される選択エネルギー送達手段を含み得る。マスキング手段もまた、非選択的に硬化された部分を形成することになるプリフォームの領域をマスキングするために提供され得る。このような実施形態では、プリフォームの全部または一部に圧力を加えるために別個の圧力印加手段を設けることができる。圧力印加手段は、真空又は膨張式気泡の形態を取り得る。
【００９１】
図６は、三次元構造を形成するために使用することができる本発明の一態様によるプリフォーム３００の一例を示す。図示されるように、このプリフォームは、ベース３３０を画定するネットとボックス構造の４つの側面３１０とを含む。基部は、ヒンジ部３２０によって各側面に接続されている。本出願において、側面はプリフォームの第１の部分、ベースはプリフォームの第２の部分、ヒンジはプリフォームの第３の部分であると考えることができる。また、２つの対向する側面の端部にタブ３４０が示されており、これらは完成したボックス構造において側面が垂直に交わる場所で互いに接合することを可能にする。
【００９２】
図７は、プリフォームを形成する材料の層の一構成を詳細に示す。示されるように、各部分は５層の乾燥繊維シート材料の積み重ねを含む。各シートは、側面、ヒンジ、及びベースに沿って連続的に延在し、断面Ａ?Ａに沿っている。各シートは２つの異なる種類の未硬化樹脂フィルムで覆われる。第１、及び第２の領域では、第３の部分で使用される樹脂フィルムよりも低い硬化温度、及び／又はより速い硬化時間を有する樹脂フィルムが使用される。これにより、ベースおよび側面が硬化し、ヒンジ部分が完全に硬化していない中間プリフォームを形成する第１段階で、プリフォーム全体に均一な熱を加えることができる。フィルムの加熱された樹脂マトリックス材料は乾燥材料中に流れ込み、続いて樹脂中に埋め込まれた繊維と一緒に硬化する。
【００９３】
図８は、同じ切断線Ａ?Ａに沿ったプリフォームの第２の配置を詳細に示す。この例では、樹脂フィルムと交互に重ねられた乾燥繊維シートではなく、予備含浸シートが使用される。ヒンジ部分に異なる樹脂を有するために、シートは、線Ａ?Ａに沿って側面から基部まで連続的に横切って延在しない。代わりに、基部と側面と比較して、異なるシートが第３（ヒンジ）部分に使用されている。中間プリフォームに強度を与えるために、隣接する層のシートの端部がずれている、すなわち互い違いになっていることに注目すべきである。このようにして、中間プリフォームが形成されるときに、側面および基部の硬化シートは、ヒンジ部分の未硬化または部分硬化シートをしっかりと掴む。
【００９４】
本発明の方法は、多種多様な異なる造形品を製造するために使用することができる。それは、例えば白のボディまたはバッテリーケースあるいはボディーパネルのような自動車の一部を生産するのに使用され得る。それはまた、特徴的な軽量および高強度の複合構造体が有利である航空宇宙または鉄道セクターなどの他のセクターにおいても使用され得る。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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